ผลข้างเคียงของการรักษาด้วยรังสี ได้แก่ ความเหนื่อยล้าคลื่นไส้ขนร่วงจำนวนเลือดต่ำและระคายเคืองผิวหนัง การรักษานั้นไม่เจ็บปวด แต่ความเสียหายที่เกิดขึ้นกับเซลล์ที่มีสุขภาพดีโดยรอบสามารถทำให้เกิดผลข้างเคียงที่ไม่พึงประสงค์ได้ ผู้ป่วยบางรายอาจไม่ได้รับผลกระทบเช่นเดียวกันและความรุนแรงของโรคก็แตกต่างกันไปตามผู้ป่วยแต่ละราย ผลข้างเคียงสามารถแบ่งออกเป็นสองกลุ่มเรียกว่าผลข้างเคียงของรังสีเฉียบพลันและผลข้างเคียงจากรังสีปลาย
ผลข้างเคียงของการแผ่รังสีเฉียบพลันปรากฏขึ้นในระหว่างขั้นตอนการรักษาและสามารถอยู่ได้นานหลายสัปดาห์จนถึงหลายเดือนหลังจากการรักษาเสร็จสิ้น อาการคลื่นไส้เป็นหนึ่งในผลข้างเคียงของการรักษาด้วยรังสีที่ไม่ส่งผลกระทบต่อผู้ป่วยทุกคน แต่เมื่อมันเริ่มเตะมันมักจะทำประมาณสองชั่วโมงหลังการรักษา ความเหนื่อยล้าเป็นเรื่องธรรมดาในผู้ป่วยและยังส่งผลกระทบต่อคนบางคนมากกว่าคนอื่น ๆ จำนวนเลือดต่ำโดยเฉพาะอย่างยิ่งเซลล์เม็ดเลือดขาวสามารถเกิดขึ้นได้หากต่อมน้ำเหลืองเสียหายหรือไขกระดูกถูกรังสี
ผลข้างเคียงของการรักษาด้วยการฉายรังสียังสามารถส่งผลกระทบต่อผิวทำให้ผิวสีแดงชุ่มชื้นและร้องไห้รวมทั้งผิวแห้งและเป็นสะเก็ด ปฏิกิริยาทางผิวหนังโดยทั่วไปจะเกิดขึ้นในบริเวณที่ทำการรักษาเท่านั้นและจะแย่ลงในบริเวณที่ผิวหนังพับตามธรรมชาติ Mucositis ซึ่งเป็นการอักเสบของเยื่อเมือกในทางเดินอาหารอาจเกิดขึ้นได้หากรังสีสัมผัสกับเยื่อเมือกใด ๆ ในปากหลอดอาหารลำไส้หรือทวารหนัก ผมร่วงเป็นผลข้างเคียงอีกอย่างหนึ่งที่เกิดขึ้นเฉพาะในบริเวณที่ได้รับการรักษาด้วยรังสี
ผลข้างเคียงจากรังสีช่วงปลายรวมถึงแผลเป็นและพังผืดซึ่งสามารถลดความยืดหยุ่นในเนื้อเยื่อที่ได้รับผลกระทบ ในกรณีที่หายากมะเร็งเม็ดเลือดขาวและมะเร็งอื่น ๆ อาจพัฒนาในพื้นที่ที่สัมผัสกับรังสี หากต่อมเหงื่อได้รับความเสียหายอาจทำให้เหงื่อออกน้อยลง ต่อมน้ำตาที่เสียหายอาจส่งผลให้ดวงตาแห้งและต่อมน้ำลายที่เสียหายอาจส่งผลให้ปากแห้ง ภาวะมีบุตรยากสามารถเกิดขึ้นได้หากต่อมเพศถูกทำลายจากรังสี
ความรุนแรงของผลข้างเคียงของการรักษาด้วยรังสีนั้นแตกต่างกันไปในแต่ละบุคคล ผู้ที่มีสุขภาพที่ดีโดยทั่วไปจะไม่พบผลข้างเคียงในระดับเดียวกับผู้ที่มีสุขภาพไม่ดี ยาบางชนิดตำแหน่งและชนิดของมะเร็งรวมถึงปริมาณของรังสีที่ให้ทั้งหมดมีบทบาทสำคัญในความรุนแรงของผลข้างเคียงของการรักษาด้วยรังสี
